《數(shù)字邏輯實驗》PPT課件.ppt

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1、數(shù)字邏輯實驗（硬件部分）,國家級計算機實驗示范中心 2013.6,實驗一 基本門電路的功能和特性及組合邏輯電路實驗,1、實驗目的 掌握常用集成門電路的邏輯功能與特性 掌握各種門電路的邏輯符號 了解集成電路的外引線排列及其使用方法 學習組合邏輯電路的設(shè)計及測試方法 2、實驗內(nèi)容 部分TTL門電路邏輯功能驗證 組合邏輯設(shè)計之全加器或全減器 3、實驗設(shè)備 數(shù)字邏輯實驗箱 雙蹤示波器（記錄波形時，應(yīng)注意輸入、輸出波形的時間相位關(guān)系，在座標中上下對齊。） 集成電路：7400、7404、7432、7486,1,實驗一（續(xù)）,4、實驗步驟 1) 在實驗箱上插入相應(yīng)的門電路，并把輸入端接實驗箱的邏輯開關(guān)，輸出

2、端接發(fā)光二極管，接好電源正負極，即可進行邏輯特性驗證實驗。將其邏輯特性制成表格。 2) 用7400連接的電路如圖1.1所示，其中M端輸入HZ級的連續(xù)脈沖，N端輸入KHZ級的連續(xù)脈沖，X和Y接邏輯開關(guān)，在XY的四種輸入組合下，用示波器觀測A、B及F點的波形，并記錄下來，寫出F=f（M、N、X、Y）的邏輯表達式。,2,實驗一（續(xù)）,3）實驗電路如圖1.2所示，在X端加入KHZ級的數(shù)字信號，邏輯開關(guān)AB為00、01、10、11四種組合下，用示波器觀察輸入輸出波形，解釋AB對信號的控制作用。 4) 用 7486和 7400搭出全加器或全減器電路，畫出其電路圖，并按照其真值表輸入不同的邏輯電平信號，觀察

3、輸出結(jié)果和進位/借位電平，記錄下來。 5、實驗原理 1）組合邏輯電路的分析：對已給定的組合邏輯電路分析其邏輯功能。 步驟：（1）由給定的組合邏輯電路寫函數(shù)式； （2）對函數(shù)式進行化簡或變換； （3）根據(jù)最簡式列真值表； （4）確認邏輯功能。 2）.組合邏輯電路的設(shè)計：就是按照具體邏輯命題設(shè)計出最簡單的組合電路。 步驟：（1）根據(jù)給定事件的因果關(guān)系列出真值表； （2）由真值表寫函數(shù)式； （3）對函數(shù)式進行化簡或變換； （4）畫出邏輯圖，并測試邏輯功能。 掌握了上述的分析方法和設(shè)計方法，即可對一般電路進行分析、設(shè)計，從而可以正確地使用被分析的電路以及設(shè)計出能滿足邏輯功能和技術(shù)指標

4、要求的電路。,3,實驗一（續(xù)）,,表1.1 全減器真值表,3）全加器/全減器相對半加器/半減器而言，考慮了進位/借位的情況，因此，輸入端分別有三個，An（被加數(shù)/被減數(shù)），Bn（加數(shù)/減數(shù)）和Cn-1（低一位的進位/借位）。全加器真值表及輸出邏輯表達式參見教材P52。 全減器真值表見表1.1所示。 參照教材P52，根據(jù)真值表進行邏輯化簡，并利用給定的與非門電路和異或門電路搭建相應(yīng)的全加器/全減器電路，輸入接開關(guān)電平，輸出接發(fā)光二極管，將真值表驗證情況記錄下來。,,4,實驗一（續(xù)）,思考：（任選一個解答） 1、作出二位加法器的真值表，并提出一個二位加法器的電路設(shè)計方案。 2、用748

5、6和7400設(shè)計一個可控制的半加/半減電路，控制端X=0時，為半加器，X=1時為半減器。搭出電路并驗證其運算是否正確。 3、如何設(shè)計一個可控制加減運算的全加/全減電路？ 4）實驗涉及門電路引腳圖,5,實驗二 數(shù)值比較器、數(shù)據(jù)選擇器,1、實驗目的 掌握數(shù)值比較器和數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能。 學習組合邏輯電路的設(shè)計及測試方法。 2、實驗內(nèi)容（任選一個） 用7486和7400、7404搭出一位數(shù)值比較器電路，畫出其設(shè)計邏輯圖，并驗證它的運算。 利用74153選擇器實現(xiàn)多數(shù)表決器，要求3個輸入中有2個和3個為1時，輸出Y為高電平，否則Y為低電平。畫出實驗電路圖，并簡述實現(xiàn)原理。 用7400、7404、74

6、32實現(xiàn)上題的多數(shù)表決器。 3、實驗設(shè)備 數(shù)字邏輯實驗箱 導線若干 集成電路：7400、7486、7404、74153,6,實驗二 數(shù)值比較器、數(shù)據(jù)選擇器（續(xù)）,4、實驗原理 1）幾條重要的邏輯代數(shù)定理如表2.1所示。 2)一位數(shù)值比較器的真值表如表2.2所示。根據(jù)其真值表，化簡其邏輯表達式，并將其轉(zhuǎn)化成為異或、與非的形式，按照要求搭建電路。輸出接發(fā)光二極管，輸入接開關(guān)。記錄下比較結(jié)果。,表2.1,7,實驗二 數(shù)值比較器、數(shù)據(jù)選擇器（續(xù)）,思考：如何設(shè)計一個2位數(shù)值比較器電路？ 3）數(shù)據(jù)選擇器是一種能接受多個數(shù)據(jù)輸入，而一次只允許一個數(shù)據(jù)輸出的邏輯部件。它的功能是根據(jù)譯碼條件選擇通道，傳送

7、數(shù)據(jù)。雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74153的引腳圖如圖2.1所示。 其中，AD為數(shù)據(jù)輸入端，Y為輸出端，S1、S0稱為地址輸入端。S1、S0的狀態(tài)起著從4路輸入數(shù)據(jù)中選擇哪1路輸出的作用。Gn為使能端，低電平有效，Gn=0時，數(shù)據(jù)選擇器工作；Gn=1時，電路被禁止，輸出0，輸出狀態(tài)與輸入數(shù)據(jù)無關(guān)。注意S1、S0地址在集成塊中由2個4選1共用，高位為S1，低位為S0，S1S0=01時，Y=B，S1S0=10時，Y=C。 其真值表如表2.3所示。,表2.2 1位數(shù)值比較器真值表,8,實驗二 數(shù)值比較器、數(shù)據(jù)選擇器（續(xù)）,,表2.3 74153真值表,9,實驗二 數(shù)值比較器、數(shù)據(jù)選擇器（續(xù)）,4

8、）判決電路真值表 真值表如右表2.4所示，根據(jù)真值表得到邏輯關(guān)系式如下： 74153的輸出邏輯表達式如下： 令P1=S1，P2=S0，將以上兩個等式進行比對，可以得到： A=0 B=C=P3 D=1 根據(jù)上述分析即可畫出3人判決電路的邏輯組合電路。 思考：如果在此基礎(chǔ)上增加一個主裁判，構(gòu)成四人判決電路，應(yīng)該如何設(shè)計？即，只有當三個副裁判中多數(shù)贊成且主裁判也贊成時有效。做出其真值表并設(shè)計組合電路。,表2.4 3人判決電路真值表,10,實驗三 計數(shù)器的應(yīng)用,1、實驗目的 掌握任意進制計數(shù)器的構(gòu)成方法。 掌握集成二進制同步計數(shù)器74161的邏輯功能。 學習時序邏輯電路的設(shè)計及測試方法。 2

9、、實驗內(nèi)容 用74161搭建一個60進制計數(shù)器電路，并將結(jié)果輸出到7段數(shù)碼管顯示出來，畫出其設(shè)計邏輯圖，并驗證它的運算。 3、實驗設(shè)備 數(shù)字邏輯實驗箱 示波器 萬用表 集成電路：74161、7400、7404,11,實驗三 計數(shù)器的應(yīng)用（續(xù)）,4、實驗原理 1） 集成4位二進制同步計數(shù)器74161的引腳圖如圖3.1所示。 圖3.1 74161引腳圖 其中，CP是輸入計數(shù)脈沖（上升沿有效），CR是清零端，LD是置數(shù)控制端 ，CTp和CTt是計數(shù)器工作狀態(tài)控制端，D0D3是并行輸入數(shù)據(jù)端，CO是進位信號端，Q0Q3是計數(shù)

10、器狀態(tài)輸出端。（見教材P140）,12,實驗三 計數(shù)器的應(yīng)用（續(xù)）,74161的狀態(tài)表如表3.1所示（亦可見教材P141）。,13,實驗三 計數(shù)器的應(yīng)用（續(xù)）,2）74161性能特點 可以直接清零（不需CP脈沖配合），又稱強迫置零 數(shù)據(jù)可以并行預置，但需CP上升沿配合 可進行二進制同步計數(shù) 具有進位輸出信號，可以串接計數(shù)使用 內(nèi)部采用JK觸發(fā)器單元計數(shù) 當進位輸出Q3Q2Q1Q0=1111時，產(chǎn)生進位輸出，CO=1，當下一個CP上升沿到來之時，內(nèi)部4個觸發(fā)器均翻轉(zhuǎn)為0，計數(shù)器重新開始計數(shù)。 3）任意進制計數(shù)方法 反饋預置數(shù)法 該法是用譯碼電路（門電路）檢測計數(shù)器的狀態(tài)，當計數(shù)器到達被檢測的狀

11、態(tài)時，譯碼電路輸出低電平或高電平，將其反饋到計數(shù)器的預置數(shù)端，使預置數(shù)端出現(xiàn)有效電平。 利用預置數(shù)端的異步/同步預置功能，將數(shù)據(jù)輸入端所加的預置數(shù)裝入計數(shù)器，從而實現(xiàn)預定模數(shù)的計數(shù)。,14,實驗三 計數(shù)器的應(yīng)用（續(xù)）,【示例】試用預置數(shù)端復位法將74161構(gòu)成12進制計數(shù)器 【解】 預置端送0：對于12進制計數(shù)器，當計數(shù)輸入到1011時（計數(shù)初始值為0000），應(yīng)使計數(shù)器輸出0000。 當計數(shù)器計數(shù)到Q3Q2Q1Q0=1011時，應(yīng)具備送數(shù)條件即 令 ,則當計數(shù)器計數(shù)到1011時， 當下一個計數(shù)脈沖到達時，將D3D2D1D0=0000置入計數(shù)器，使計數(shù)器復位。 如圖3.2所示

12、 圖3.2 用74161構(gòu)成12進制計數(shù)器,15,實驗三 計數(shù)器的應(yīng)用（續(xù)）,反饋復位法 該法也是用譯碼電路（門電路）來檢測計數(shù)器的狀態(tài)，當計數(shù)器達到被檢測的狀態(tài)時，譯碼電路輸出低電平或高電平，把該信號反饋到計數(shù)器的清零端（復位端），使清零端出現(xiàn)有效電平。 【示例】試用預置數(shù)端復位法將74161構(gòu)成12進制計數(shù)器（與上例相同） 直接清零，如圖3.4所示 圖3.4 用直接清零法實現(xiàn)12進制計數(shù)器,16,實驗三 計數(shù)器的應(yīng)用（續(xù)）,4）該實驗設(shè)計思路 用74161構(gòu)成60進制計數(shù)器，需要將兩片74161進行級聯(lián)，分別作為十位和個位的計數(shù)。其中，個位完成十進制

13、計數(shù)，需要對Q3Q2Q1Q0=1001進行譯碼，即當計數(shù)器計數(shù)到第9個時鐘脈沖時，個位計數(shù)器的預置數(shù)端得到有效低電平，當?shù)?0個時鐘脈沖到來時，預置數(shù)端出現(xiàn)有效低電平，將數(shù)據(jù)輸入端的0000送入計數(shù)器，同時，還應(yīng)當使得十位計數(shù)器開始進行加法計數(shù)。由于十位計數(shù)器需要對Q3Q2Q1Q0=0101進行譯碼，即當計數(shù)器計數(shù)到第5個時鐘脈沖時，十位計數(shù)器的預置數(shù)端得到有效低電平，當?shù)?個時鐘脈沖到來時，預置數(shù)端出現(xiàn)有效低電平，將數(shù)據(jù)輸入端的0000送入計數(shù)器。 控制十位計數(shù)器的加法計數(shù)，需要對CTp或CTt端進行控制，兩者只要其中一個為低電平時，十位計數(shù)器均可處于數(shù)據(jù)保持狀態(tài)。因此，在對個位計數(shù)器輸出數(shù)

14、據(jù)Q3Q2Q1Q0=1001進行譯碼的同時，信號Q3Q0可作為十位計數(shù)器工作狀態(tài)控制信號。 工作計數(shù)脈沖可以采用同步脈沖的形式，即個位計數(shù)器和十位計數(shù)器可以采用相同的脈沖信號源。 工作脈沖選擇實驗箱上頻率為1HZ的固定脈沖，完成60秒時間計時。 思考：如何實現(xiàn)秒表暫停？需要增加什么電路？,17,實驗四 簡易數(shù)字式頻率計,1、用兩片74161構(gòu)成100進制計數(shù)器 2、參考教材P105習題10，設(shè)計一個單脈沖發(fā)生器（參考圖2），其脈沖寬度與手按按鈕時 間長短無關(guān)與兩次按鈕時間間隔無關(guān)，僅與時鐘脈沖頻率f1有關(guān)，且有以下關(guān)系： 3、在上述兩電路工作正常后，按下圖1所示組合成一個簡易數(shù)字式頻率計。圖

15、中f1是基準信 號頻率為1HZ，f2是待檢測信號，0-1按鈕是手動開關(guān)。 4、簡易數(shù)字式頻率計功能：按下0-1按鈕，閘門控制信號產(chǎn)生輸出兩路信號，一路信號對 計數(shù)器清零，一路輸出寬度為的單脈沖。在閘門控制信號時間內(nèi)，閘門打開，計數(shù) 器對f2計數(shù)。數(shù)碼顯示的數(shù)值即為f2的頻率，并保留至重新按下按鈕時為止。,18,,閘門,,閘門控制信號 產(chǎn)生電路,,譯碼顯示,,計數(shù)器,,01按鈕,,,,,,,,,,,,f2,f1,清0信號,,,,,,,,圖1簡易數(shù)字式頻率計邏輯框圖,19,,D,Q,Q,,,,,RD,,,,,D,Q,Q,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0-1按鈕,f1,清零信號,,,,,

16、,,圖2閘門控制信號產(chǎn)生電路,20,附：實驗報告撰寫要求及實驗室操作規(guī)范,1、實驗報告結(jié)構(gòu)（即每一個實驗對應(yīng)的報告應(yīng)該包括的內(nèi)容及順序） 實驗目的 實驗內(nèi)容（只針對你所選的實驗題目進行說明） 實驗設(shè)備（實驗中實際使用的儀器型號和編號以及元器件使用情況。） 實驗步驟 實驗原理（重點突出與該次實驗相關(guān)的知識點，除了有關(guān)理論知識的介紹，還包括實驗對應(yīng)的方框圖、邏輯圖（或測試電路）、狀態(tài)圖，真值表以及文字說明等，對于設(shè)計實驗，還應(yīng)有整個設(shè)計過程和關(guān)鍵的設(shè)計技巧說明。） 實驗記錄（以時序圖、波形圖、測量結(jié)果統(tǒng)計表等形式配合文字對實驗結(jié)果進行闡述） 總結(jié)分析（一般應(yīng)對重要的實驗現(xiàn)象、結(jié)論加以討論，以便進一

17、步加深理解，此外，對實驗中的異?，F(xiàn)象，可作一些簡要說明，實驗中有何收獲，可談一些心得體會。）,21,實驗報告撰寫要求及實驗室操作規(guī)范（續(xù)）,2、報告質(zhì)量要求 實驗報告要求提交電子文檔，通過相關(guān)平臺提交至服務(wù)器，報告收齊以后首先會做報告查重，對于系統(tǒng)檢測結(jié)果有重大抄襲的，報告成績一律記零。 報告中的文字描述（除專業(yè)知識介紹外）盡量根據(jù)自己的理進行闡述，避免與他人雷同。 提交報告時間一經(jīng)確定不得延誤，即必須在指定的時間內(nèi)提交實驗報告，否則該次實驗成績記零。 建議自己“親自”提交實驗報告，報告是否提交成功要及時進行確認檢測。 3、實驗操作規(guī)范 先連線，再上電；先斷電，再拆線。 電源和地要正確連接，切勿將兩者接反了。 做完實驗后，要將導線拆下并整齊放置于實驗箱內(nèi)。,22,